25.5. Свойство

Определения и обозначения

Физическое свойство — характеристика вещества, которую определяют без превращения его в другое вещество. К таким свойствам относятся цвет, плотность, температура плавления и растворимость. Их можно наблюдать или измерять: например, взвесить образец, нагреть его либо проверить, растворяется ли он в воде. Это понятие помогает описывать вещество, не меняя его состав.

Химическое свойство — способность вещества вступать в реакции и превращаться в другие вещества. Например, железо способно реагировать с кислородом и влагой, а магний — гореть в кислороде. В отличие от физического свойства, его нельзя установить, просто измерив цвет или плотность исходного образца. Понятие нужно, чтобы описывать возможные превращения вещества.

Химическая реакция — превращение исходных веществ в новые, имеющие иной состав. Реакция показывает химическое свойство: например, взаимодействие магния с кислородом обнаруживает способность магния гореть. При этом атомы не исчезают и не возникают заново, а перегруппировываются. Понятие реакции связывает описание свойства с конкретным превращением.

Качественная реакция — реакция с характерным признаком, по которому обнаруживают определённое вещество или частицу. Таким признаком может быть, например, появление осадка или изменение окраски раствора. Чтобы результат имел смысл, признак сопоставляют с известными условиями реакции. Такие реакции используют для распознавания состава образца.

Как это устроено

Физическое свойство описывает состояние вещества, пока его состав сохраняется: при кипении вода становится паром, но остаётся веществом H₂O. Поэтому температуру кипения можно измерить, не получая вместо воды новое вещество. Химическое свойство, напротив, становится заметным при взаимодействии: изменяется состав и возникают продукты реакции. Разделение важно, потому что внешне похожее изменение может относиться к разным процессам.

Химическое свойство нельзя определить только по внешнему виду образца: внешний вид показывает лишь доступные наблюдению характеристики в данных условиях. Чтобы выяснить, реагирует ли вещество, нужно создать подходящие условия и проверить его взаимодействие с другим веществом. Например, способность магния гореть проявляется при контакте с кислородом и поджигании, а не при простом осмотре металлической ленты. Значит, описание химического свойства указывает на возможную реакцию и условия, в которых она протекает.

Возможность реакции связана с составом и строением вещества, то есть с тем, какие атомы входят в него и как они соединены. От этого зависят связи, которые могут разрушаться или образовываться при взаимодействии. Поэтому разные вещества ведут себя неодинаково даже в одинаковых условиях: одни реагируют быстро, другим нужны нагревание или другие условия. Изучая строение, химики объясняют, какие превращения возможны и почему они протекают с разной лёгкостью.

О реакции могут свидетельствовать выделение газа, образование осадка, изменение окраски или выделение тепла. Эти признаки помогают заметить превращение, потому что часто сопровождают появление продуктов с новыми свойствами. Однако каждый признак нужно толковать с учётом условий: изменение цвета может иметь и физическую причину, а выделение тепла — сопровождать не только химическое превращение. Надёжный вывод делают по совокупности наблюдений и, если возможно, проверяют состав веществ.

Проявление химического свойства записывают уравнением: слева указывают исходные вещества, справа — продукты реакции. Например, горение магния записывают так: 2Mg + O₂ → 2MgO. Число перед формулой — коэффициент; он показывает, сколько частиц вещества участвует в реакции. Коэффициенты подбирают так, чтобы атомов каждого элемента слева и справа было поровну: атомы сохраняются, хотя вещества превращаются.

Физические и химические свойства вещества

Чтобы воспользоваться таблицей, сначала выясните, меняется ли состав вещества. Если нет, речь идёт о физическом свойстве; если при взаимодействии появляются новые вещества — о химическом. Затем укажите, каким наблюдением или опытом это установлено.

Разбор задач

Задача 1. Распределите признаки: вода кипит, железо ржавеет, сахар растворяется в воде, магний горит. Обоснуйте классификацию.

1. Для каждого признака выясняем, остаётся ли состав вещества прежним или возникают новые вещества. Это главный критерий, а не то, насколько заметно изменился образец. Кипение воды меняет агрегатное состояние, но не состав H₂O.
2. Растворение сахара обычно относят к физическому явлению: частицы сахара распределяются в воде, а новые вещества не образуются. Ржавление железа — химическое свойство, так как железо взаимодействует с компонентами окружающей среды и образует продукты коррозии. Горение магния также химическое свойство: магний реагирует с кислородом.

Ответ. Кипение воды и растворение сахара — проявления физических свойств. Ржавление железа и горение магния — проявления химических свойств, поскольку в этих процессах образуются новые вещества.

Задача 2. При смешивании растворов двух веществ выпал осадок. Объясните, что можно заключить по наблюдению и чего оно ещё не доказывает.

1. Осадок — твёрдое вещество, которое появилось в растворе и стало заметным. Это наблюдение позволяет предположить, что при смешивании произошла реакция и образовалось малорастворимое вещество. Следовательно, состав системы мог измениться.
2. По одному признаку нельзя определить точный состав осадка и всех продуктов. Нужно знать, какие растворы смешивали, и сопоставить результат с известными свойствами веществ. При необходимости проводят дополнительные качественные реакции.

Ответ. Появление осадка указывает на возможное образование нового вещества, но само по себе не устанавливает его состав и не доказывает все детали превращения. Для точного вывода нужны сведения об исходных веществах или дополнительные проверки.

Задача 3. Составьте уравнение реакции магния с кислородом и объясните, какое химическое свойство магния она демонстрирует.

1. Записываем исходные вещества: магний Mg и кислород O₂. При взаимодействии образуется оксид магния MgO, поэтому схема реакции имеет вид Mg + O₂ → MgO. Сначала это схема, а не уравнение, потому что число атомов кислорода пока не совпадает.
2. Ставим коэффициент 2 перед MgO, чтобы справа оказалось два атома кислорода. Затем ставим 2 перед Mg, чтобы уравнять число атомов магния. Получаем 2Mg + O₂ → 2MgO.

Ответ. Уравнение реакции: 2Mg + O₂ → 2MgO. Оно показывает химическое свойство магния — способность взаимодействовать с кислородом; при горении образуется оксид магния.

Типичные ошибки

Считать любое изменение внешнего вида химическим — ошибка: измельчение вещества или изменение его агрегатного состояния не обязательно меняет состав. Так думают, потому что видимое изменение легко принять за признак нового вещества. Проверьте себя вопросом: появились ли вещества с другим составом? Если нет, изменение может быть физическим.

Называть растворение всегда химическим превращением тоже неверно: во многих случаях частицы вещества лишь распределяются в растворителе. Ошибка возникает из-за того, что вещество перестаёт быть заметным, и кажется, будто оно исчезло. Чтобы проверить вывод, выясните, появились ли новые вещества, и помните, что растворённое вещество иногда можно выделить обратно.

Изменение цвета нельзя считать безусловным доказательством реакции. Окраска зависит от условий и взаимодействий, поэтому такой же признак может возникнуть без образования нового вещества. Проверяйте, какие вещества смешивали, и учитывайте другие наблюдения: например, газ или осадок. Один признак служит подсказкой, а не окончательным доказательством.

Называть химическое свойство только словом «горение» или «ржавление» недостаточно. Такое название не сообщает, с чем взаимодействует вещество и какие продукты образуются. Ошибка мешает проверить описание и записать уравнение. Для самопроверки укажите исходное вещество, партнёра по реакции и хотя бы один продукт превращения.

Связь с другими темами

Для изучения свойств нужно различать вещество и физическое тело: тело имеет форму и размеры, а вещество — то, из чего оно состоит. Также пригодятся знания о признаках реакции и её записи уравнением, включая расстановку коэффициентов по числу атомов. Эти основы помогают обосновывать, почему наблюдение относят к физическому или химическому свойству. В дальнейшем такое различение используют при изучении классов неорганических и органических веществ. Оно также нужно, чтобы планировать опыты и выбирать, какие наблюдения помогут проверить предположение.

Что запомнить

• Физическое свойство можно наблюдать без превращения вещества в другое.
• Химическое свойство проявляется в химической реакции.
• При реакции изменяется состав веществ.
• Один внешний признак не всегда достаточно надёжно подтверждает реакцию.
• Уравнение реакции должно соответствовать закону сохранения атомов.
• Свойства вещества связывают с его составом и строением.